科目
物理
(
教学设计
)教材
人教版
学段
八年级下册
授课教师
学校
时间
2020.5
课题
第十二章
第3节
机械效率
教材分析
《机械效率》是人教版八年级物理第十二章第三节的内容，也是八年级物理教科书上的最后一节。《课程标准》的要求是“知道机械效率。了解提高机械效率的途径和方法”属于了解水平。
然而，机械效率归属于“能量”这个大主题之下，是对前面所学的机械功、机械能以及简单机械这些内容的一次综合理解与应用。学习机械效率的前提是学生必须了解
“功的原理”，其本质实际上是能量守恒，但我们对功的原理常用的表达是“使用任何机械都不省功”并未提到能量。机械效率的物理本质是机械对能量的利用效率，但是表达式中并未出现能量，而只有功，并没有能量。如果学生没有把握住“功”和“能”之间密切关系，割裂地认为“功是功，能是能”，就不可能真正理解机械效率的物理本质。
因此，本节课需要在教材的基础之上，引领学生更进一步的认识并调用“功是能量变化的量度”这一物理观念，使之协助学生把“功”和“能”有机地结合起来，真正抓住功的原理以及机械效率的物理本质。
学情分析
1.认知特点方面
八年级学生在认知方面的优势是好奇心强，有求知欲。普遍存在的问题是注意力不容易长时间集中。特别是在居家学习期间，以空中课堂的形式授课，教师需要更加注意讲课思路的清晰化以及讲授节奏的把握，以抓住学生的注意力。
2.知识储备方面
2.1在学习机械效率之前，学生已经学习了“功”“能量”“机械能”“简单机械”等知识。学生对于功和能的关系认识的程度主要体现在教材中的两句话里——①物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量；②一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。教材在第十一章第4节中谈及机械能的转化时，并非明确的提出能量的转化是通过做功实现的、功是能量变化的量度。如果教师在讲授这一部分完全按照教材进行，则对理解机械效率的本质是不利的。因此，在分析功的原理的过程中，要引导学生突出对功能关系的认识和运用，通过强化功能关系，从本质上把握机械效率，同时通过机械效率的学习，深化学生的能量观念，达到功能关系和机械效率两部分知识之间的相互促进的作用。
2.2学生经历过速度、密度、功率等概念的建立过程，这些概念的建立都是源于人们的比较需要，在通过原始数据直接比较遇到困难时建立起比值的定义。这一学习经验如果能够被迁移，则有学生在思考的过程中领悟到“比较机械对能量的利用效率”的一般方法，进而顺利建立起机械效率的概念。
教学目标
1.能够复述“功的原理”的内容，并解释使用机械不省功的原因；
2.能够说出“机械效率”的定义；
3.知道机械效率的物理本质——机械利用能量的效率；
4.通过经历机械效率概念的建立过程，再次领会比值定义这一方法在物理研究中的重要作用；
5.通过探究“使用简单机械是否能省功”，培养学生的证据意识和严谨的科学态度。
教学重点
机械效率概念的建构
教学难点
理解功的原理以及机械效率的物理本质
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
一、
新课引入
1.回顾旧知：人们使用简单机械的原因是什么？
2.举两个例子：
（1）滑轮组，兼具“省力”和“改变用力方向”两种作用。
（2）投石车，兼具“省距离”“改变用力方向”两种作用。
顺势提问：有没有什么机械兼具“省力”和“省距离”两种作用呢？并进一步引导学生认识到，既省力又省距离其实就是省功。问题也就变成了“使用简单机械是否省功？”
省力；省距离；改变用力方向。
通过回顾旧知，自然地引导学生形成“使用简单机械是否省功？”
二、使用简单机械是否能省功？
1.引导学生认识什么叫“省功”。举例：设定一项任务——将2N的物体匀速提升0.1m，分别通过徒手和使用动滑轮的方式完成这项任务，两种情况下人都要做功。
2.实验视频——使用多种不同方式完成“将2N的物体匀速提升0.1m”的任务，关注各种情况下人做了多少功。
3.实验数据分析。引导学生看到实验中使用机械不省功的事实。但同时引导学生客观理性地地看待实验数据，不轻易下定论。
4.通过介绍前人经验，将“功的原理”呈现给学生，使之与实验数据对比，进行双方互证，接受和认同功的原理的合理性。
如果使用动滑轮时人做功比徒手时少，就说明省功。
学生观看视频
学生思考教师提问，认识到下结论要基于数据，不可超越数据下结论。
为后续学生观看实验并理解实验做好铺垫。
培养学生的质疑能力、批判精神和证据意识。
三、使用简单机械为何不能省功？
1.引导学生从能量利用的角度，认识人使用机械提升重物的过程中，“人——机械——物体”的能量流向以及人通过不同机械做功时能量改变量的多少之间的功比较。认识到机械本身也是能量的消耗者。
2.通过功能关系“功是能量改变的量度”的观念，引导学生从做功的角度审视“人——机械——物体”的作用过程。
3.明确使用简单机械不省功的真正原因。
4.通过对机械不省功的原因进行分析，再次审视人们利用机械对物体做功时，机械所扮演的角色。
学生在教师引导写思考、分析。
学生基于上述对“人——机械——物体”能量流向的认识，理解能量改变多少与相应的做功多少之间的对应关系。
额外功的无可避免的存在。
能量的传递者
引导学生突出对功能关系的认识和运用，通过强化功能关系，把握人使用机械的过程中能量的变化情况和作用情况，为有用功、额外功、总功概念的形成奠基。
明确机械是能量的传递者，能够自然地引导学生认识到不同的传递者，传递能力不同，为机械效率概念的建立做铺垫。
四、
有用功，额外功，总功
1.通过示意图引导学生理解有用功、额外功、总功的概念。
学生做好笔记
为机械效率概念的建立做好基础概念的铺垫。
五、
机械效率
1.基于对有用功、额外功、总功的认识，重新审视之前的实验数据，指出其中的有用功、额外功、总功。
2.请学生从能量传递的角度比较不同机械性能的优劣。
3.出示新的实验数据，问学生是否还可以根据额外功来比较机械传递能量时性能的优劣？
4.再次用示意图引导学生审视使用机械做功的过程，并引导学生产生用“比例”来比较的意识。
5.出示两种比例，先承认两种比例的“可比较性”，然后从人类的思维习惯方面，交代人们实际上采用的是哪种方法。进而提出机械效率的概念。
6.小结梳理机械效率的定义、表达式、物理意义等。
7.介绍人类历史上发动机的演变和机械效率的提升。从能源之于人类社会的重要性这一高度审视本节课的价值所在。勉励学生努力学习，将来参与到能源高效利用的这一事关国计民生的重大课题中。
学生思考，将实验数据与有用功、额外功、总功进行对应。
学生可能根据额外功来判断。
学生产生迟疑。
学生思考，并进行笔记。
研究机械效率实际上就是指向能量的高效利用。
新知先用，前后呼应，建立知识的有机联系。
制造认知冲突，引导学生认识到用比值定义机械效率的必要性。
引导学生认识到用“W有/W总”定义机械效率的合理性。
提高学生知识站位，培养学生的科学责任感。
课堂小结
教学反思
第1页共5页《机械效率》学习任务单
【学习目标】
1.知道“功的原理”——使用一切机械都不省功；
2.能说出使用一切机械都不省功的原因；
3.能说出“有用功”“额外功”“总功”的含义；
4.能说出机械效率的定义，并理解机械效率的物理本质。
【课前预习任务】
1.力学中，
功等于_________与______________________的乘积，用公式表示为__________________。
2.如图1所示，已知物体重力为10N，物体在拉力F的作用下被匀速提升，提升距离为s=1m。则根据_______________可以判断：拉力F的方向是________，大小为_________
N。拉力F所做功的大小为_______
J。
图1
图2
图3
3.如图2所示，已知木块重力为G，某人将此物匀速提升h的高度，那么人对木块的拉力做的功的大小可以表示成W
=__________。
4.如图3所示，人在动滑轮绳端施加一个竖直向上的拉力F，使得重力为G的木块被匀速匀速提升h的高度。据此回答以下问题：
（1）木块被提升，必然受到了向上的拉力，假设这个拉力为T，请在图3中画出拉力T的示意图。
（2）拉力F的施力物体是____________；拉力T的施力物体是__________。
5.图2、图3中，木块都被提升了，说明木块的重力势能___________（选填“增大了”、“减小了”或“不变”）。已知图2和图3中的木块重力相同，两木块被提升的高度也相同，假设图2中木块重力势能的变化量为E重2，图3中木块重力势能的变化量为E重3，则E重2_____
E重3（选填“大于”
“小于”或“等于”）。
【课上学习任务】
1.“功的原理”的内容是：使用机械时，人们所做的功，都________不用机械时所做的功。
2.使用任何机械都不省功的真正原因是:________无可避免地存在。
3.有用功、额外功、总功的概念：
要达到目的所必须要做的功叫___________，用符号________表示；
并非需要却又不得不做的功叫___________，用符号________表示；
_______________________叫总功，用符号________表示。
有用功、额外功、总功之间的关系用符号公式可以表示为_________________
4.机械效率
（1）_______________________________________叫机械效率，用公式可以表示成_______________________。
（2）机械效率的物理本质是：使用机械时，__________的利用效率。
（3）机械效率的计算结果一般写成___________的形式。
（4）使用任何机械都不可避免地要做额外功，有用功总是________总功（选填“大于”
“小于”或“等于”），所以机械效率总是______100%（选填“大于”
“小于”或“等于”）。
【课后作业】
1.思考，既然使用机械不能省功，为什么人们还要使用机械呢？
2.人们定义“机械效率”为什么用
“”，而不用“”？
3.工地上所使用的起重机一般都是由电动机提供动力，这样起重机就可以将重物提升。在一段时间内，电动机对起重机做了3.4×104J的功，起重机就获得了能量，起重机就能提升物体、对物体做功。已知这段时间内，起重机把质量为500kg的重物匀速提升了3m。g取10N/kg。问：
（1）起重机对重物的拉力F的大小；
（2）有用功的大小；
（3）起重机的机械效率。
【课后作业参考答案】
1.人们是否使用机械并非单纯从能量的角度考量，更多的时候人们考虑的是简单机械为操作带来的便利，如“省力”、“省距离”、“改变力的方向”等等。
2.人们定义机械效率，主要是为了衡量使用机械时的能量利用效率。如果用“”来衡量，则这个值越小，表示使用机械时的能量利用效率越高；如果用“”来衡量，则这个值越大，表示使用机械时的能量利用效率越高。事实上，二者都可以衡量使用机械时的能量利用效率。只是，“越大，……越高”比“……越小，……越高”更加符合人们的思维习惯，所以人们采用了后者定义机械效率。
3.（1）重物被匀速提升，根据二力平衡可知，起重机对重物的拉力等于物体的重力，即
F=G=mg=500kg×10N/kg=5×103N
（2）起重机提升重物所做的功为有用功，即
W有=Fh=5×103N×3m=1.5×104J
（3）电动机所做的功为总功，即W总=3.4×104J
因此，起重机机械效率
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